4K时代IP播出系统的实践应用分析

卜玉

摘要：目前，随着广播电视技术的发展与革新，4K以其极致的感官体验受到广大收视者的青睐，4K时代IP播出系统是电视行业未来发展的必然方向。本文首先分析了4K时代IP播出系统在分辨率、色彩提升等方面的优势。其次，提出了4K时代IP播出系统在设计中存在传输、控制精度等方面的问题。因此，应当对4K时代IP播出系统的具体应用加以规划，这样才能确保超4k技术更好地应用到电视播出之中。本文主要是基于现有的4K产品以及技术，探讨了4K时代播出系统的建设思路。

关键词：4K播出；超高清电视；播出系统

4K概念的提出来自于好莱坞，主要是指数据在转化成数字图像的过程中采用了分辨率为4096×3112像素的图像文件，简称4K。目前，电视实现了从模拟到数字、从SDR到HDR等方面的质的飞跃。虽然4K播出已经出现，但是还没有真正普及开来，不过，随着人们对超高清图像的需求越来越高，4K播出是电视行业未来发展的必然方向。在此过程中，需要解决诸如信号采集制作、解码和显示等方面的问题。

一、4K时代IP播出系统的优势

4K时代IP播出系统的优势包括以下几个部分：

（一）分辨率

ITU-RBT.2020和SMPTEST2036-1定义了4K播出系统的显示分辨率，与一般的分辨率相比，4K播出系统3840*2160像素的分辨率更加精细，能够给用户带来不一样的视觉体验。

（二）帧率

4K的画面帧率最高可达到120P，会应用一种逐行扫描的技术，改技术的合理运用，让观众可以看到更加细腻流畅的真实画面，具有身临其境之感。

（三）色域

ITU-RBT.2020定义了4K更宽的色彩空间。4K具有BT.2020的色彩空间，与传统的画面色彩感相比，4K能够容纳更丰富的色彩元素，让观众能够切实欣赏到电视画面的颜色层次感。

（四）色深

在ITU-RBT.2020中，对4K超高清的色深描述是10bit。10bit色彩数量能显示10.7亿种颜色，色彩过渡更加流畅自然。

（五）HDR

HDR的亮度范圍是200000：1，能够让观众看到明亮的高光层次和更厚重的暗部细节，让整个画面更加具有质感。HDR技术通过对数据信息的快速处理，能够让画面变得更加真实。

（六）多声道三维声

SMPTEST2036-2定义4K音频为22.2声道结构，呈现出上、中、下3个具有包围感的声场，观众能够听到立体的声音效果，闭上眼睛也能够感受到真实的三围立体空间。

（七）新兴的IP化架构

4K系统中的IP化主要指的是用标准IP接口来传输4K/UHD信号。在4K播出系统IP化的建设过程中，可采用的系统有两种形式，分别是无压缩和压缩的基带IP流播出系统。其中，无压缩对带宽要求较高，必须采用TS流送传输系统。在压缩IP的播出系统当中，需要重新做编解码，可采用压缩IP的解决方案。

现阶段，在两种基带IP播出系统中，无压缩的基带IP播出系统具有明显的优势，是未来电视台解决IP化架构问题的首要选择。

二、4K时代IP播出系统在设计中的问题

下面以4K电视为例讨论一下4K时代IP播出系统在设计中需要关注的几个方面。

（一）传输方面

现在，电视台播出系统在信号传输方面有三种方式，但还存在一些问题。

第一是利用12G-SDI信号线进行传输。但是只能够在特定范围内进行近距离数据传输，远距离传输会不稳定。第二是利用以太网进行传输，但是存在丢包、延时、同步等问题。第三是利用3G-SDI信号线进行组合传输。但是一旦出现故障，维护起来会很困难。因此，具体采用哪种方式需要看情况而定。

（二）播出文件编码格式

4K节目在视频播出前，需要利用文件编码来进行信息传递。目前，播出文件编码格式存在存储容量高、宽带要求高、节目质量低等问题。

（三）同步和延时问题

在4路3G-SDI并行传输4K信号时，同步和延时问题是必须要解决的一个问题。目前，用4路3G-SDI传输4K信号是主流，但是存在信号不能完全同步、视频服务器难以辨别4K信号等问题。

（四）控制精度问题

一般来说，SDI播出视频服务器是由播出控制机来进行运作的，在以往的播控系统中，基于25P的相关技术已经不能适应现在观众的需求，如何精准控制50P素材是现在需要引起重视的问题。

三、4K时代IP播出系统的设计规划

4K时代IP播出系统主要由播出总控、监控网管等系统组成，并与全台节目分发系统实现互联互通，下面以超高清4K为例来进行论述。

（一）4K文件化节目的播出

4K节目的播出需要经过播出文件编码格式的转化，把文件信息转换为相应的格式，经过传输后，以视频的方式播放出来。在这个过程中需要摄像机进行拍摄，以及视频服务器的相应解码。

（二）总控4K信号的播出

该播出方式的4K信号主要是通过卫星接收而来。总控4K信号的播出整体上可以分为三步；首先是利用TICO视频进行浅压缩；然后是利用TICO解码器对4K-SDI信号进行初始化操作；最后是利用播出矩阵，把4K信号传输到相应的视频服务器。

（三）播出控制系统

目前，播出控制系统中SpectrumX视频服务器兼容SDI和MXF文件播出，支持SDI信号和本地MXF文件的切换。为了保证安全播出，紧急情况时可以采用介质或切换到垫片播放器播出。关于控制精度，目前采用VDCP控制扩展协议，能够实现对50P素材PLAY等操作的精准控制。

（四）节目分发传输系统

通过电视节目分发系统，人们可以随时随地欣赏高质量的电视节目。为了规范超高清电视信号的传输，国际标准组织采用HEVC/H.265标准技术，该技术强化了4K超高清信号的传输速度，并提高了信号传输的稳定性。目前，我国研发了AVS2.0技术，该技术将成为国内4K超高清电视视频编码的统一标准。

四、结束语

目前，随着广播电视技术的发展与革新，4K以其极致的感官体验受到广大收视者的青睐，4K时代IP播出系统是电视行业未来发展的必然方向。然而，4K超高清还处于发展初期，其关键技术还需要时间来不断进行完善，本文以现有的技术架构为基础，对4K时代IP播出系统的实践进行了比较深入的分析。相信随着SMPTE2110系列标准的颁布，基带IP技术会越来成熟，实现4K时代IP播出系统的大范围普及。

参考文献：

[1]张娟.4K超高清播出系统的关键点探讨[J].现代电视技术，2018 （06）：68-73+77.

[2]陆正军.4K流播出系统的设计及实现[J].视听界（广播电视技术），2015 （05）：52-56.

[3]叶广.基于H.265编码的4KIP播出技术的研究[J].电视工程，2016 （02）：28-29.